可回收鋼棧橋在深基坑工程中的應用

姚 健

上海遠方基礎工程有限公司 上海 200436

1 工程概況

背景工程位于上海市嘉定區馬陸鎮滬宜公路以西，高臺路以南、白銀路以北地塊內，包括1幢20層五星級主題酒店、1幢14層特色辦公樓、下沉式主題廣場，設2層地下室。

該工程基坑面積約38 300 m2，基坑開挖深度10.70 m。基坑東側為規劃河道，目前為空地；白銀路、高臺路路下均有多條市政管線，地下室外墻距最近管線分別為7.52 m和10.66 m；南側有架空電話線，距地下室外墻約8.06 m。

工程場地內有暗浜分布。淺層第②3砂質粉土夾黏質粉土滲透系數較大，第⑤層土缺失、第⑥層土局部缺失。場地內第④、⑥、⑦層土層標高高差很大，分布復雜。基坑開挖面大多在第④層中，局部在第⑥層土中。

基坑安全等級為二級，環境保護等級為三級。基坑圍護采用φ900 mm、φ950 mm鉆孔灌注樁，外加φ850 mm三軸水泥土攪拌樁作止水帷幕圍護。坑內豎向加2道鋼筋混凝土支撐，平面布置為對撐、角撐加邊桁架。坑底雙軸水泥土攪拌樁局部暗墩加固。

在基坑圍護樁、坑底加固、2道混凝土支撐已施工完畢的工況下，因未設計混凝土棧橋，為解決第3層土方開挖問題，在現有工況條件下架設簡易的施工棧橋[1-4]，棧橋采用貝雷梁、鋼梁、鋼管柱及其他輔材進行鋪設，橋面寬6 m，局部加寬便于錯車、轉向、材料運轉等，最大跨度12 m（圖1）。

圖1 鋼棧橋平面布置

2 鋼棧橋節點設計

2.1 鋼平臺

本工程鋼平臺設計荷載城市A級，行車道凈寬單車道6 m，橋梁最大計算跨徑為12 m。結構型式上，平臺面板為厚10 mm花紋鋼板，焊接在中心間距200 mm的22b#工字鋼橫梁上。荷載方面，出土車輪胎寬度（前輪寬300 mm，中后輪寬600 mm）均大于工字鋼橫梁間距，荷載直接作用在22b#工字鋼上，故厚10 mm面板可不作檢算，滿足規范要求。

2.2 貝雷梁

鋼平臺主要采用3根φ630 mm鋼柱（壁厚10 mm），雙拼45b#工字鋼蓋梁，6排單層不加強貝雷片，22b#工字鋼（間距200 mm）及厚10 mm花紋鋼板組合布置而成（圖2、圖3）。

2.3 有限元MIDAS測算

本次計算采用MIDAS CIVIL軟件建立棧橋及平臺模型，根據不同工況分別計算各構件的力學性能是否符合施工要求。考慮到計算的速度和建模的難易度，鋼管樁及以下部分不予模擬，用豎向約束進行模擬。各構件采用的有限元單元類型見表1。

圖2 貝雷梁斷面

圖3 貝雷梁側面

表1 構件有限元模擬類型

棧橋恒荷載程序自動加載，同時考慮1.2系數。棧橋活荷載依據實際情況，通過車道荷載來模擬出土車荷載作用。車道荷載考慮向棧橋板一側偏心的不利情況。通過計算，受力最大的連續三片桁架梁桿件的軸力、邊跨桁架梁軸力、中跨桁架梁軸力、桁架梁支點反力、 車道荷載作用下的棧橋板及桁架梁的變形均滿足規范要求。

2.4 均勻設計土層參數反演

均勻設計法是只考慮試驗點在其范圍內均勻散布的一種試驗設計方法。它將數論和多元統計相結合，可高效地選取能反映樣本空間的試驗點。采用均勻設計法和有限元模擬相結合進行土層參數反演和周邊沉降觀測的一般過程如下：

1）建立基坑有限元模型，明確反演參數和預測指標。

2）制訂因素水平表，選擇適宜的均勻設計表來安排試驗方案。

3）進行有限元模擬試驗，計算坑外沉降值。

4）根據某個施工階段的沉降計算結果，建立相應的回歸方程。

5）結合工程沉降實測值，反演土層彈性模量。

6）根據反演所得土層參數進行精確數值模擬。

經過計算，影響參數均符合規范要求。

3 鋼棧橋施工及拆除技術

3.1 鋼棧橋搭設

1）平臺基礎及橋臺與便道的銜接。按施工圖紙，用全站儀放出橋臺位置，放樣施工橋臺樁位，打設橋臺樁。橋臺施工好后，根據橋臺與原地面的高差，填筑一條坡度不大于10%的引道，便于平臺與橋臺側便道的順利銜接，并保證汽車安全運輸。

2）鋼管樁施工。棧橋施工主要由基礎3根φ630 mm鋼管樁振沉、貝雷主桁架設、橋面鋪裝組成。棧橋基礎施工采用50 t履帶式起重機配合DZ60振動錘沉樁；棧橋主桁采用按圖拼裝分組的桁架，并利用履帶式起重機吊裝組拼；橋面施工采取在后方將橋面分塊加工成標準化模塊，運輸到位后操縱履帶式起重機吊裝架設，順次逐跨施工。

3）施工測量放線。首先進行全站儀測量放樣，用全站儀并借助導向桁架定位；其次用DSZ2水準儀測量技術控制棧橋高程。棧橋高程采用DSZ2水準儀控制，按四等水準進行控制測量，水準點架設在鋼管樁上部橫梁兩側不易受到擾動位置。

4）鋼管樁施工。棧橋鋼管樁分節長度為12 m、10.5 m，接樁采用樁頭對接上下滿焊，用4塊厚10 mm鋼板綁焊焊接。鋼管樁均為Q235鋼，且符合GB/T 714—2015《橋梁用結構鋼》的標準。鋼管樁構件單重約為1.8、1.6 t。鋼管樁焊接時要注意焊接質量，做好焊接工藝評定工作。每跨施工邊處應架設施工操作平臺以方便進行樁定位、調直、焊接鋼管樁及架設蓋梁工作。沉樁采用錘擊樁，樁與樁之間焊接質量經檢查合格后重新進行打樁，直至將樁打到設計位置。

5）橋面施工。首先進行主桁拼裝。鋼管樁施工完成以后，上鋪貝雷桁架主桁縱梁，吊機起吊安裝成主桁整體，并與分配梁有效連結。其次進行橋面系鋪裝。在已架設好的貝雷桁架縱梁上鋪設橫梁及橋面板，各部分之間用U形卡連接。施工完一跨棧橋后，與前一孔相同，利用履帶吊將導向架整體吊裝與棧橋主梁連接，精確放出樁位，履帶吊配合振動錘沿測定孔位打樁。最后進行欄桿安設。棧橋欄桿采用普通鋼管制作，欄桿每3 m設置1道φ48 mm的鋼管立柱，鋼管焊接在橋面系橫梁上。

3.2 鋼棧橋維護

棧橋維護是鋼棧橋安全使用的重要環節。首先要完善日常檢查工作，對棧橋各個重要受力構件進行節點監控；其次注重日常管理，禁止履帶吊在棧橋面上施工作業并對其限載、限速；再次是鋼棧橋在水中使用時間應受到嚴密控制，防腐蝕也是鋼棧橋維護的重要內容[5-9]。

3.3 鋼棧橋拆除

鋼平臺的拆除順序與搭設順序相反（圖4）。依次拆除橋面附屬設施、橋面槽鋼、型鋼分配梁、貝雷、樁頂分配梁及鋼管樁。拆除鋼平臺時，采用同一個工作面倒退拆除施工方法，一邊拆除，一邊利用原鋼平臺運送所拆材料。在鋼管樁基礎拆除時需要慢慢搖動鋼管，然后再慢慢拔出。在拆除過程中要注意對周圍河域的保護，防止油污等造成對河域的過度污染。

圖4 鋼平臺拆除順序示意

4 土方開挖

現場只剩下基坑第3層土方，因其存在開挖難度大的特點而未開挖。在具備簡易鋼平臺后，按照底板后澆帶分區的原則，第3層土方分11個區進行開挖（圖5）。地下室第3道土方開挖施工順序為：A1第1次挖土、B1、C1→A2、B2、C2、D1→A3、B3、C3、D2→A1第2次挖土。其中，A1區域分2次挖土，第1次挖土至－11.00 m，第2次挖土至筏板底板，第2次挖土須待其他區域基礎筏板均挖完。

圖5 第3層土方開挖分區

嚴格按照以上分區進行土方開挖，一個分區底板澆筑完成以后再開挖另一個分區土方（圖6）。

在考慮到基坑土方開挖有鋼棧橋的施工前提下，各分區的土方分別向相應的鋼棧橋方向進行土方倒運作業，在鋼棧橋上利用長臂挖掘機進行坑內取土裝車（圖7）。

5 結語

圖6 第3層土方開挖分區邊坡放坡示意

圖7 第3層土方坑內倒運示意

本工程實現了鋼棧橋在深基坑支護結構中的成功應用，通過對鋼平臺、貝雷梁、鋼管樁的設計以及鋼棧橋施工、拆除工藝及土方開挖的介紹，完成了對周邊環境保護的要求，解決了基坑開挖應急處理難題，為軟土地基同等狀況提供了良好的參考經驗。